Владислав Солоухин - Размышления и споры о вирусах

Для использования солнечной энергии у аутотрофов есть специальные образования — хлоропласты. Они расположены в цитоплазме клеток зеленых растений вблизи митохондрий и тесно связаны с ними в процессе работы.

Хлоропласты — это фабрики производства питательных веществ под действием солнечной энергии. Процесс этого производства называется фотосинтезом, в изучении которого выдающуюся роль сыграл великий русский ученый К. А. Тимирязев.

Часть накопленных при фотосинтезе веществ остается в кладовых города-аутотрофа, это его основные сокровища. Но некоторое количество этих богатств ему приходится расходовать на собственные нужды: ведь без энергии нельзя ничего сделать, даже упаковать и спрятать полученные ценности. Получение энергии для своих потребностей происходит в уже известных нам митохондриях; там при дыхании сгорает часть питательных веществ, накопленных растительной клеткой, и город-государство получает из этих силовых станций-митохондрий энергию для всей многообразной деятельности.

Какого рода энергия вырабатывается в митохондриях? Если продолжить сравнение клетки с настоящим городом, то надо признать, что ему выгоднее всего получать энергию электрическую — она одна способна обеспечить всем необходимым: и греть, и светить, и вращать моторы... Примерно также обстоит дело и в клетке. Здесь тоже имеется такой универсальный вид энергии, в который превращается при сгорании любое топливо. А образуется и накапливается эта универсальная энергия внутри химического соединения, называемого аденозинтрифосфорной кислотой (АТФ).

Распадаясь, АТФ превращается в аденозиндифосфорную (АДФ) или даже в аденозинмонофосфорную (АМФ) кислоту. При этом выделяется энергия. Поглощая же энергию извне, молекулы АМФ и АДФ вновь превращаются в АТФ, аккумулируя энергию в своих фосфатных связях.

Итак, в хлоропластах идет синтез веществ, в митохондриях — их сгорание. В этом и состоит сочетание работы двух важнейших энергетических "предприятий" растительной клетки.

Наиболее важным продуктом, который вырабатывает фотосинтетическая фабрика-хлоропласт, является... сахар. Да, да, весьма близкий к тому сахару, который мы все едим. На заводах его получают из сахарного тростника или свеклы, но в этих растениях он был синтезирован в хлоропластах. Для этого в фотосинтетической фабрике есть удивительные приспособления, извлекающие углерод из двуокиси углерода воздуха и использующие его для построения простейшей органической молекулы глюкозы. Из глюкозы затем создаются более сложные органические вещества.

Глюкоза растительных клеток — главное, а подчас и основное топливо, сырье для клеток-гетеротрофов, не имеющих фабрик-хлоропластов и не способных фотосинтезировать питательные вещества с помощью солнечной энергии.

Клетка-гетеротроф получает молекулы глюкозы в готовом виде. Если сжечь 1 грамм-молекулу (180 граммов) глюкозы, то при этом выделится 690 тысяч калорий тепла. Но в нашем городе все время постоянная температура, а такое количество тепла равнозначно взрыву, который уничтожил бы все. Как сделать так, чтобы получить ту же энергию, но не сразу, а постепенно, да еще в такой форме, чтобы можно было ее использовать во всех "предприятиях" и "учреждениях" города? Оказывается, что решить эту задачу нисколько не проще, чем научиться делать сахар из воздуха. Но и город-гетеротроф нисколько не примитивнее, чем аутотроф. Здесь тоже немало удивительных приспособлений и хитроумных механизмов, делающих возможным жизнь клетки-государства.

Извлечение солнечной энергии из глюкозы проходит в два этапа: на первом, называемом гликолизом, из одной грамм-молекулы глюкозы выделяется 20 тысяч калорий, на втором этапе — дыхании — 360 тысяч калорий. Таким образом, около 55 процентов всей энергии, заключенной в глюкозе (690 тысяч калорий), извлекается клеткой и используется для своих нужд. Это очень высокий показатель!

Мы говорили о том, что клетки-гетеротрофы пользуются питательными веществами клеток-аутотрофов. Аутотрофы превращают углерод воздуха в сахар, а гетеротрофы его сжигают. Но недаром говорят, что полярные противоположности сходятся! Оказывается, что процессы, происходящие в этих разных городах-государствах, различны лишь по знаку (+ или — а по существу весьма схожи.

Помимо CO 2воздуха и солнечной энергии, для накопления сахара городам-аутотрофам нужна вода. Об этом хорошо знают все, кто видел хоть раз в жизни какое-нибудь растение! Вода тоже служит своеобразным источником энергии, так как из нее при фотосинтезе удаляются электроны, а остающийся кислород выделяется в воздух. Вот почему так легко дышится вблизи растений, которые буквально очищают атмосферу, забирая из нее избытки CO 2и обогащая кислородом.

Итак, все началось с воды и Солнца, и все завершилось водой и солнечной энергией, аккумулированной в химических связях специальных молекул. Города ауто- и гетеротрофы не просто противостоят друг другу, не просто сосуществуют друг с другом, и нельзя сказать, что они существуют один за счет другого. Нет, все и проще и сложнее. "Солнце, воздух, хлорофилл" — назвал свою книгу К. А. Тимирязев. Кто не знает сегодня этих слагаемых жизни? Добавим сюда воду, и мы получим весь комплекс условий, необходимых для созидания растительных богатств мира. Но оказывается, что, потребляя эти богатства, клетки животных, города-гетеротрофы, создают возможность для деятельности новых городов — аутотрофов. В итоге сгорания сахаров выделяется все та же вода, да и переносчики электронов при фотосинтезе в хлоропластах и при окислении в митохондриях химически весьма сходны между собой. Видимо, совсем не ошибался великий И. Ньютон, когда говорил: "Природа проста!"

Правильность этого афоризма подтверждается еще одним обстоятельствам. 55 процентов солнечной энергии, заключенной в глюкозе, улавливается клеткой-гетеротрофом в полезной и удобной форме молекул АТФ. Еще раз отметим, что коэффициент полезного действия такой клеточной "котельной" весьма высок.

Самым главным устройством клетки-гетеротрофа, обеспечивающим ее энергией, служат уже хорошо знакомые нам "силовые станции" — митохондрии. Именно здесь происходит сложнейший процесс дыхания, в ходе которого осуществляется постепенное высвобождение солнечной энергии и немедленное ее связывание в молекулах АТФ. Никакой бесхозяйственности не увидишь в этих станциях. Напротив: строгая экономичность, великолепная "организация труда", аккуратность, последовательность, а потому и высокая "рентабельность".

Но могло ли бы это иметь место, если бы основные ферментные механизмы, непосредственно высвобождающие энергию и "пакующие" ее с помощью электронов, перебрасываемых от одного фермента к другому, в молекулы АТФ, были бы просто перемешаны в полости митохондрий? Конечно, нет!